低速率无线传感器网络演示系统的设计与实现

文章摘要：摘 要：本文介绍了无线传感器网络试验平台的总体设计思想，并介绍了节点机，网关机和数据库，最后简要地说明了用到的数据库系统。关键字：无线传感器网络；试验平台；节点机；网关机；数据库引言 无线传感器网络能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的数据,并传送到需要这些信息的用户。 目前，这一领域主要的研究方面是MAC层协议和网络层路由协议。而要进行这两方面的研究，物理实验平台是必需的。总体设计 本文设计并实现了一个比较完整的无线传感器网络演示系统，主要包括节点机、网关机和数据库系统。此系统实现了远程环境数据的采集、传输

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摘  要：本文介绍了无线传感器网络试验平台的总体设计思想，并介绍了节点机，网关机和数据库，最后简要地说明了用到的数据库系统。
关键字：无线传感器网络；试验平台；节点机；网关机；数据库

引言
    无线传感器网络能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的数据,并传送到需要这些信息的用户。

    目前，这一领域主要的研究方面是MAC层协议和网络层路由协议。而要进行这两方面的研究，物理实验平台是必需的。

总体设计
    本文设计并实现了一个比较完整的无线传感器网络演示系统，主要包括节点机、网关机和数据库系统。此系统实现了远程环境数据的采集、传输、处理及数据库管理。并且在节点数大量增加后，还可作为传感器MAC层和网络层协议的开发平台。

    系统组成框图如图1所示，在传感器节点网络部分，有两个子网，各网独立工作，运行在不同的频段，一个是2.4GHz，另一个是900MHz，都是ZigBee标准规定的频段。2.4GHz硬件主要采用89lV52单片机加RFwave公司的RFW102射频模块。900MHz采用的是89lV51单片机加NRF905射频模块。而传感器部分，两个节点都设计成可插拔式的通用接口，目前支持的是温湿度传感器、电磁强度传感器和空气质量传感器。两个子网都连接在一个ARM网关上，由网关协调处理。ARM网关采用的是S3C44B0X开发板加2.4GHz和900MHz射频模块。射频模块和ARM板采用串口进行连接和通信。ARM网关的另一端通过网口与远程PC相连。数据通过UDP方式在网络中传输。数据库系统建立在远程PC上，用户可进行查询及相关操作。数据库采用微软的ACCESS建立，界面用delphi编写。

图1 系统组成框图

节点机的设计
    本文设计了两种节点机，一种工作在2.4GHz频段，另一种可以工作在868MHz和915MHz两个频段。

2.4GHz频段节点机设计
    硬件部分如图2所示，包括电源、MCU、传感器、RFW-D100和102。其中MCU是主要控制器件，传感器设计成可分离式，可以插多种传感器。RFW-D100和102联合组成射频部分，完成无线数据收发。UART可以在调试硬件时使用，在板子作为网关机的射频模块时，UART完成与ARM板的通信。电源设计成电池和外接电源两种供电方式。

图2  2.4GHz节点机硬件框图

1. 电源部分
    为了方便调试，将电源设计成双路供电模式，即外接稳压电源供电和电池供电。这样设计的好处是在板子调试的时候可以用外接稳压电源供电，可以不用电池，减少开发费用，也更稳定。而在板子调试成功之后，实际运行的时候就可以选用电池供电。当然，这样设计也会使板子面积增大、器件增多，在做实际产品的时候就可以去掉稳压电源供电电路，减小体积和成本。

    稳压电源电路采用9V直流输入，通过7805转换成5V，再通过AAT3221电源转换芯片转换成3.3V。在电池稳压部分选用TPS60101。这是一种特别适合对电池供电系统进行稳压的芯片。至于用哪路供电由跳线决定。

2. MCU
    MCU选用52单片机，型号是89lV52。它有256Byte的RAM和8kB的flash，3个16位定时器，对于本应用比较合适。

3. 射频部分
    射频部分选用RFwave 公司的RFW102，这是一款工作于2.4GHz频段的射频模块，功耗较低，而最高速率能达到1Mbps。配合RFW-D100使用，简单方便。

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